Concentratia solutiilor. Prepararea unei solutii 0,1 N de HCl si determinarea titrului real al acesteia

Concentratia solutiilor. Prepararea unei solutii 0,1 N de HCl si determinarea titrului real al acesteia

Consideratii teoretice

O solutie este un amestec omogen, constituit din doua sau mai multe componente, care formeaza o singura faza. Se numeste faza o portiune omogena dintr-un sistem, despartita de celelalte parti ale sistemului prin suprafete, in dreptul carora are loc o variatie brusca a proprietatilor fizice. Prin componenta se intelege o anumita specie moleculara, adica o anumita substanta.

Dupa starea de agregare solutiile pot fi gazoase, lichide sau solide. In practica chimica importanta deosebita prezinta solutiile lichide: gaz in lichid, lichid in lichid si solid in lichid.

La solutiile lichide, substanta care se gaseste in cantitate mai mare, care prezinta continuitate moleculara in sistem, se numeste solvent, dizolvant, dispergent sau mediu de dispersie. Celelalte substante, ale caror particule sunt separate intre ele de moleculele dizolvantului, se numesc substante dizolvate, solvate sau dispersate.

Concentratia solutiilor este o marime ce caracterizeaza solutiile si care exprima raportul dintre cantitatea de substanta dizolvata si cea de solutie sau de solvent. Concentratia unei solutii se poate exprima in mai multe moduri:

Concentratia procentuala indica numarul de parti de substanta dizolvata in 100 parti de solutie. Dupa cum partile sunt masurate in unitati de masa sau de volum, procentele se pot exprima in patru moduri:

a)   procente de masa (% g/g - procente greutate la greutate). De exemplu, o solutie de clorura de sodiu 5 % g/g inseamna ca 100 g solutie contin 5 g NaCl. Concentratia procentuala de masa se poate calcula folosind relatia:

in care: m_d - masa de substanta dizolvata (in grame);

m_s - masa de solutie (in grame);

b)       procente de volum (% V/V - procente volum la volum). De exemplu, o solutie de acid acetic 5 % V/V inseamna ca in 100 ml solutie se gasesc 5 ml acid acetic. Concentratia procentuala de volum se foloseste frecvent in cazul amestecurilor de gaze (solutii gazoase) si se poate calcula folosind relatia:

in care: V_g - volumul gazului din amestec (in dm³);

V_a - volumul amestecului de gaze (in dm³);

c)   procente de masa la volum (% g/V). De exemplu, o solutie      5 % g/V de clorura de sodiu inseamna ca in 100 ml solutie se gasesc 5 g NaCl;

d)       procente de volum la masa (% V/g). De exemplu, o solutie 5 % V/g de acid acetic inseamna ca in 100 g solutie se gasesc 5 ml acid acetic.

Concentratia molara sau molaritatea (m, M) unei solutii indica numarul de moli (molecule-gram) de substanta dizolvata intr-un litru (dm³) de solutie. Astfel o solutie 1 M are molaritatea       M = 1, adica 1 mol de substanta este dizolvat intr-un litru de solutie. O solutie 0,1 M are molaritatea M = 0,1, adica, 0,1 moli de substanta sunt dizolvati intr-un litru de solutie. Concentratia molara (C_M) poate fi calculata cu relatia:

[moli/l]

in care: m_d - masa de substanta dizolvata (in grame);

M - masa moleculara a substantei dizolvate;

V_s - volumul solutiei (in dm³).

Concentratia normala sau normalitatea (n, N) unei solutii indica numarul de echivalenti-gram (vali) de substanta dizolvata intr-un litru (dm³) de solutie. Astfel o solutie 1 N are normalitatea N = 1, adica, 1 echivalent-gram de substanta este dizolvat intr-un litru de solutie. O solutie 0,1 N are normalitatea N = 0,1, adica 0,1 echivalenti-gram de substanta sunt dizolvati intr-un litru de solutie. Concentratia normala (C_N) poate fi calculata cu relatia:

[vali/l]

in care: m_d - masa de substanta dizolvata (in grame);

E_g - echivalentul gram al substantei dizolvate;

V_s - volumul solutiei (in dm³).

Echivalentul-gram, (E_g), reprezinta cantitatea de substanta, exprimata in grame, care se combina sau inlocuieste 1 g de hidrogen sau 8 g de oxigen.

Echivalentul-gram, pentru diferite categorii de substante, se calculeaza astfel:

- pentru acizi: E_g =      raportul dintre masa moleculara a acidului si numarul de protoni cedati (H⁺) in reactia acido-bazica;

- pentru baze: E_g = raportul dintre masa moleculara a bazei si      valenta metalului;

- pentru saruri: E_g = raportul dintre masa moleculara a sarii si       valenta metalului nr. atomi de metal;

- pentru substante participante in procese redox: E_g = raportul dintre masa moleculara a substantei si nr. electroni transferati.

Concentratia molala sau molalitatea (m) reprezinta numarul de moli de substanta dizolvata in 1000 g solvent pur. Concentratia molala (m) poate fi calculata cu relatia:

[moli/1000 g solvent]

in care: m₁ = masa de substanta dizolvata (in grame);

M₁ = masa moleculara a substantei dizolvate;

m₂ = masa de solvent (in grame).

Titrul unei solutii (T) reprezinta cantitatea de substanta dizolvata, exprimata in grame, care se gaseste intr-un mililitru (cm³) de solutie. Solutiile carora li se cunoaste titrul se numesc solutii titrate. O solutie are un titru exact (T_ex), teoretic, ce se calculeaza matematic si un titru real (T_r), diferit mai mult sau mai putin de cel exact, in functie de erorile (subiective si obiective) intervenite pe parcursul prepararii solutiei, determinate in corelatie cu un factor de corectie sau factor de titrare, (f), conform formulei:

T_r = f T_ex

f - factorul de corectie sau factorul de titrare, se determina experimental.

Fractia molara (x) indica raportul dintre numarul de moli de substanta dizolvata si numarul total de moli de substanta dizolvata si solvent. Daca se noteaza cu m₁ - masa de substanta dizolvata, care are masa moleculara M₁ si cu m₂ - masa de solvent, care are masa moleculara M₂, numarul de moli n₁ si n₂ fiind:

n₁ = m₁/M₁      si n₂ = m₂/M₂

rezulta fractiile molare ale substantei dizolvate si ale solventului, x₁ si x₂:

si iar x₁ + x₂ = 1

Cel mai uzual mod de exprimare a concentratiei solutiilor, utilizat in laboratorul de chimie generala este: concentratia procentuala (% g/g), molara si normala.

Solutiile procentuale se prepara in pahare Berzelius. Pentru a obtine, de exemplu, 100 g solutie NaCl 4 % g/g, intr-un pahar Berzelius, a carui greutate este stabilita, se cantaresc la balanta tehnica 4 g NaCl si 96 g de apa.

Solutiile molare si normale se prepara in baloane cotate. Pentru a obtine, de exemplu, 1000 cm³ solutie NaOH 0,1 N se cantareste la balanta analitica o cantitate de 4 g NaOH, se introduce intr-un balon cotat de 1000 cm³ si se dizolva intr-o cantitate de apa distilata, completandu-se apoi cu apa distilata pana la semnul (cota) de pe gatul balonului.

Aparatura si substante necesare

Solutie HCl 37 %, pipeta 1 ml, balon cotat 100 ml, biureta de 25 ml, borax, balanta analitica, spatula, 3 pahare Erlenmayer de 250 -300 ml, cilindru gradat de 50 ml, metiloranj.

Mod de lucru

a) Prepararea solutiei de HCl 0,1 N. Acidul clorhidric, existent in laboratoare, are de regula densitatea 1,19 g/cm³ si concentratia 37 %. Solutia de HCl 0,1 N contine 0,1 E_gHCl in 1000 ml solutie.

E_gHCl = M_HCl/1 = 36,465/1 = 36,465 g.

Pentru a prepara 100 ml solutie HCl 0,1 N vor fi necesare 36,465/100 = 0,36465 g HCl pur.

100 g solutie HCl 37 %.......37 g HCl

x g solutie HCl 37 %......0,36465 g HCl

x = 0,98554 g sol. HCl 37 %

In practica, in cazul solutiilor corosive, deci si a acidului clorhidric, nu se recomanda cantarirea solutiei, ci masurarea unui volum de solutie in care se gaseste cantitatea necesara de substanta pura:

V_{sol. HCl 37 %} = m/r = 0.98554/1,19 = 0,828 ml sol. HCl 37 %.

In cazul in care solutia de HCl din laborator are o alta concentratie si densitate calculele de mai sus se vor reface cu acele date.

Pentru prepararea a 100 ml solutie HCl 0,1 N se vor efectua urmatoarele operatii: se masoara, cu o pipeta de 1 ml, aproximativ 0,83 ml solutie HCl 37 %, se pune in balonul cotat de 100 ml, se completeaza pana la semn cu apa distilata si se agita bine pentru omogenizare.

b)       Determinarea titrului real al solutiei de HCl 0,1 N, preparate. Solutia preparata ca mai sus, datorita unor erori (subiective si obiective) aparute la masurarea volumului solutiei de HCl 37 %, la etalonarea balonului cotat, etc, are un titru real (efectiv) diferit, mai mult sau mai putin, de titrul exact (rezultat din calcule). Din acest motiv titrul real se determina in corelatie cu un factor de corectie sau factor de titrare (f), folosind relatia:

T_r = f T_ex

Se impune deci determinarea factorului de titrare, (f) si calcularea titrului exact (T_ex).

Factorul de titrare se determina experimental efectuand urmatoarele operatii: Se cantaresc la balanta analitica 3 probe de cate 0,2 0,01 g borax, probele se pun in cate un pahar Erlenmayer de 250 - 300 ml in care in prealabil s-au pus cate 50 ml apa distilata si se agita, manual sau pe agitatorul magnetic la cald, pana la dizolvarea completa a boraxului, dupa care se adauga 2-3 picaturi solutie de metiloranj in prezenta caruia solutia se coloreaza in galben-pai. Proba de borax astfel preparata se va titra cu solutia de HCl 0,1 N preparata anterior. In acest scop biureta se umple pana la zero, cu solutie de HCl 0,1 N si solutia de acid se va adauga in proba de borax, in jeturi scurte sau picatura cu picatura, sub agitare, pana la virajul indicatorului de la galben-pai la portocaliu. Se citeste pe biureta volumul solutiei de HCl folosit la titrare.

Prelucrarea datelor experimentale

Factorul de titrare (f) se calculeaza cu relatia:

in care: a = cantitatea de borax cantarita (in grame);

v = volumul solutiei de HCl 0,1 N folosit la titrare (ml);

0,019072 reprezinta cantitatea de borax ce corespunde la 1 ml solutie HCl exact 0,1 N.

Titrul exact se calculeaza pe baza definitiilor concentratiei normale si a titrului.

Titrul real se calculeaza cu relatia:

T_r = f T_ex

Rezultate obtinute se vor prezenta intr-un tabel de forma: